Gamma-kitörés

Fantáziakép egy gamma-kitörésről

A gamma-kitörések (rövidítve: GRB, az angol gamma-ray burst-ből) látszólag véletlenszerű helyekről érkező gammafelvillanások, melyek 10-20 milliszekundumtól néhány percig tartanak, és gyakran követi őket utófénylés nagyobb hullámhosszokon (röntgen, ultraibolya, látható fény, infravörös és rádióhullám). Ezek a legfényesebb jelenségek a világegyetemben az ősrobbanás után. Gamma-kitöréseket naponta átlagosan egyszer észlelnek az űrben keringő műholdak.

Osztályozásuk

Úgy tűnik, hogy a megfigyelt gamma-kitörések többsége („hosszú” kitörések) nagy tömegű (legalább 30-40 naptömeg) csillagok élete végén jön létre (ezeket szokás kollapszárnak vagy hipernóvának nevezni). Az ilyen robbanások nagy részét kis tömegű, szabálytalan galaxisok csillagai okozzák. A progenitor vagyis az objektum amely létrehozza, általában gyorsan forgó csillag, ami a forgás miatt nem tud egyszerű szupernóvaként felrobbanni. Fémtartalma (a csillagászati terminológiában fémnek nevezünk minden elemet a hidrogénen és a héliumon kívül) valószínűleg nagyon alacsony, emiatt a csillag viszonylag kevés anyagot veszít csillagszél formájában.[1] A központi rész összeomlása révén a haldokló csillag közepén létrejön egy fekete lyuk. A többi anyag fekete lyukba való bespirálozása közben jönnek létre az ultra-relativisztikus kitörések, feltehetően jetek (anyagsugarak) formájában.

A gamma-kitörések kisebbik része („rövid” kitörések) máshogy jön létre, általában két, egymás körül keringő neutroncsillag (vagy neutroncsillag fekete lyuk kettős) ütközéséből (lásd: kilonóva).

Az összes ismert gamma-kitörés a Tejútrendszeren kívüli esemény (bár egy hasonló jelenséget, a lágy gamma-ismétlőket a galaktikus magnetároknak tulajdonítják), és legtöbbjük több milliárd fényévre van.

Felfedezés és történet

A Vela holdak és a gamma-kitörések felfedezése

A kozmikus gamma-kitöréseket az 1960-as évek végén fedezték fel az amerikai Vela műholdakkal. Ezeket a holdakat a szovjetek titkos űrbéli (többek között a Hold túlsó felén tervezett) nukleáris fegyvertesztelései által kibocsátott gammasugár-impulzusok megfigyelésére építették. Soha nem észleltek ilyen tesztelést, de mélyűrből érkező villanásokat találtak. Ezeket az eredményeket 1973-ban tették közzé,[2] elindítva a gamma-kitörések modern tudományos kutatását.

Compton űrtávcső

A Compton űrtávcső
A BATSE által észlelt gamma-kitörések eloszlása egyenletes

A gamma-kitörések felfedezését több későbbi küldetésen megerősítették, beleértve az Apollo és a Venyera küldetéseket. A gamma-sugarak nem tudnak áthatolni a Föld légkörén, csak az űrből látszanak. Sok elmélet megjelent ezekről a folyamatokról, vannak közeli forrásokat feltételező elképzelések, de legtöbbjük galaktikus eredettel számol. Újabb nagy előrelépést a Compton űrtávcső (Compton Gamma Ray Observatory, CGRO) és annak BATSE (Burst and Transient Source Explorer) nagy érzékenységű gammasugár-detektora jelentett. Az általa szolgáltatott fontos információk közé tartozott, hogy a gamma-kitörések eloszlása az égen izotróp, vagyis nem tömörülnek különleges irányokban, mint a galaktikus sík vagy a galaktikus központ[3] cáfolva minden galaktikus származást. A kitörések izotrópiájának felfedezése leszűkítette a lehetséges távolságokat és az 1990-es évek közepére már csak két elméletet tartottak elfogadhatónak. Az egyik szerint a galaxist körülvevő nagy, diffúz haloból származnak, a másik szerint pedig távoli, lokális csoporton kívüli galaxisokból. A galaktikus modell támogatói[4] olyan jól ismert objektumokra gondoltak, mint a lágy gamma-ismétlők, a periodikusan kitörő, erősen magnetizált galaktikus neutroncsillagok, valamint arra a tényre, hogy egy ilyen látszólagos fényességű távoli kitörés túl nagy energiát igényel. Az extragalaktikus modell támogatói[5] szerint a neutroncsillag elmélet túl sok egybeeséssel számol ahhoz, hogy megmagyarázza a BATSE által észlelt izotrópiát.

A gamma-kitörések két, látszólag különálló kategóriába esnek: rövid időtartamú, erős-spektrum kitörések ("rövid kitörések") és hosszú időtartamú, lágy-spektrum kitörések ("hosszú kitörések").[6] A rövid kitörések időtartama általában 2 másodpercnél rövidebb és nagyobb energiájú fotonok jellemzik, a hosszú kitörések tipikusan 10-40 másodpercig tartanak, fotonjaik alacsonyabb energiájúak. Az elmúlt években felmerült egy harmadik, közepes időtartamú csoport léte is.[7][8][9][10] Az elkülönülés nem abszolút, a populációk átfedik egymást.

BeppoSAX

A gammasugár detektorok rossz felbontása miatt a felfedezés után sokáig még egyetlen gamma-kitörést sem lehetett társítani ismert objektummal (csillaggal vagy galaxissal). Az egyedüli reményt a kitörést követő halvány, nagyobb hullámhosszú sugárzás – az ún. utófénylés – megtalálása jelentette, amelyet a legtöbb elméleti modell megjósolt.[11] Viszont az intenzív keresés ellenére sem találtak ilyen emissziót.

Ez megváltozott 1997-ben, amikor a holland–olasz építésű BeppoSAX műhold egy gamma-kitörés irányára állította a röntgenkameráját és halványuló röntgensugárzást észlelt. Ezt követően földi teleszkópok optikai fénylést is találtak.[12] A pontos helyzet ismeretében most már a kitörés elhalványulása után is azonosítani lehetett egy halvány, nagyon távoli galaxist a kitörés helyén.[13] Néhány héten belül a távolságról szóló hosszú vita véget ért: a gamma-kitörések extragalaktikus jelenségek, távoli, halvány galaxisokban. Ez a felfedezés forradalmasította a kitörések vizsgálatát.[14]

A gamma-kitörések kutatása ma

A Swift műhold

Hasonló változások vannak ma is a gamma-kitörések vizsgálatában, főleg a NASA Swift műholdjának köszönhetően. Fedélzetén érzékeny gammadetektorokon kívül röntgen- és optikai teleszkópok is vannak, amelyek kevesebb mint egy perc alatt az új kitörés irányába fordulnak. Az eddigi eredmények közé tartozik a rövid kitörések utófényléseinek első észlelése, hatalmas mennyiségű adat az utófénylések környezetéről fejlődésük korai szakaszában, és hatalmas röntgenkitörések felfedezése a gamma-kitörés után egy perctől egy napig terjedő időszakban.

2008. április 23-án bocsátották fel Indiából az olasz AGILE csillagászati műholdat, melynek fedélzetén a gamma-tartományban működő képalkotó műszer (GRID, Gamma Ray Imagining Detector), valamint kemény röntgensugárzást vizsgáló detektor (SuperAGILE) és szilícium mikrokaloriméter (MCAL) van. A műhold a gamma-kitörések gyors helymeghatározásában és kemény röntgenforrások gamma-tartománybeli vizsgálatában fog segítséget nyújtani.[15]

2008. június 11-én pályára állították a Fermi- (korábbi nevén GLAST, Gamma-ray Large Area Space Telescope, azaz Nagy Látómezejű Gammasugár-Űrtávcső) űrtávcsövet, mely a Compton űrtávcsővel megegyező feladatot fog ellátni, annál jóval nagyobb érzékenységgel.

Földi eredetű gamma-felvillanás

Villámláskor időnként nagy energiájú elektron- és gamma-sugárzás is keletkezik, amit angol elnevezéssel Terrestrial Gamma-ray Flashes-nek (röviden: TGF-nek) neveznek („földi gammasugár-felvillanás”). Ezt a sugárzást a földi légkör elnyeli, így kizárólag a légkörön kívül, műholddal észlelhető.

Az ilyen eredetű sugárzást első ízben az 1990-es években a NASA Compton gammasugár-űrtávcsöve észlelte. A NASA későbbi RHESSI küldetése is végzett megfigyeléseket, amik megerősítették a korábbi méréseket, azonban sok kérdés még nyitott a jelenséggel kapcsolatban (például a villámlások 100-szor gyakrabban történnek).

A földi eredetű gamma-felvillanásokat az apró Firefly műholddal kívánják vizsgálni, melynek felbocsátása 2010/2011-ben esedékes.[16]

Nevezetes gamma-kitörések

A műholdak eddig több ezer gamma-kitörést észleltek. A következő lista csak a történelmi és tudományos fontosságú kitöréseket tartalmazza:

  • GRB 670702 – Az első észlelt gamma-kitörés.
  • GRB 970228 – Az első gamma-kitörés megfigyelt utófényléssel. Az utófénylés helye látszólag egy nagyon halvány galaxissal esett egybe, ami erős bizonyítéka volt a kitörések extragalaktikus voltának.
  • GRB 970508 – Az első gamma-kitörés megmért vöröseltolódással. A z = 0,835 ugyancsak a kitörések extragalaktikus mivoltát erősítette meg.
  • GRB 971214 – Korábban úgy vélték, ez volt az univerzum egyik legnagyobb energiájú eseménye.
  • GRB 980425 – Az első gamma-kitörés megfigyelt szupernóva-társítással (SN 1998bw), amely bizonyította a kitörések és a szupernóvák kapcsolatát. A kitörés szokatlanul halvány volt és az addigi legközelebbi.
  • GRB 990123 – Ennek a kitörésnek volt az addigi legfényesebb optikai utófénylése. 8,95 magnitúdós látszólagos fényességgel alig volt halványabb, mint a Neptunusz, hatalmas távolsága (9,6 milliárd fényév, z = 1,6 vöröseltolódás) ellenére.
  • GRB 030329A – Fényes és közeli gamma-kitörés (z=0,168 vöröseltolódás), egyértelmű szupernóva-társítással.
  • GRB 041219A – Fényes gamma-kitörés, melynek polarizációját vizsgálták.[17]
  • GRB 050509B – Az első azonosított rövid gamma-kitörés. Bebizonyosodott, hogy a hosszú kitörésekkel ellentétben a rövid kitörések idős galaxisokban jönnek létre és nincs kísérő szupernóvájuk.
  • GRB 060218 – Kis vöröseltolódású kitörés szupernóvával.
  • GRB 070125 – Olyan gamma-kitörés, melynek helyén semmilyen objektumot nem találtak.[18]
  • GRB 080319B – Az addig megfigyelt legnagyobb energiájú gamma-kitörés. Jellemző, hogy 7,5 milliárd fényév távolsága (z=0,937 vöröseltolódás) ellenére (ez az Univerzum általunk látható teljes méretének fele) az optikai fényessége elérte az 5,76 magnitúdót, azaz körülbelül egy percig szabad szemmel is látható volt.[19][20] A villanás nagy fényességének oka valószínűleg az, hogy a Föld nagy pontossággal a poláris anyagkidobás irányában feküdt, így ennek belső, sokkal intenzívebb része sugárzott bolygónk felé. A belső régió kúpjának nyílásszöge mindössze 0,2°, ez alapján átlagosan 10 évente várható ilyen rálátási irányú, a többinél lényegesen fényesebb GRB.[21]
  • GRB 080913 – Újabb távolságrekorder gamma-kitörés, vöröseltolódása (z=6,7) alapján távolsága 12,8 milliárd fényév.[22]
  • GRB 080916C – Az addig megfigyelt legnagyobb erejű kitörés, energiafelszabadulása mintegy 9000 szupernóváénak felel meg, a kidobott anyag sebessége a fénysebesség 99,9999%-a.
  • GRB 090423 – Távolságrekorder, z = 8,2 vöröseltolódása alapján távolsága 13 milliárd fényév, ezzel az eddig megfigyelt legtávolabbi objektum (azóta felfedeztek egy ennél is távolabb lévő galaxist, de a GRB 090423 továbbra is a legtávolabbi gamma-kitörés). Az ősrobbanás után mindössze 630 millió évvel történt robbanás is megerősíti, hogy a csillagkeletkezés már a nagyon korai univerzumban is megindult.[23][24][25]
  • GRB 110328A – A valaha észlelt leghosszabb idejű (7 nap) gamma-kitörés. A kitörés viszonylag „közel” 3,8 milliárd fényévre (z = 0,35) történt a Sárkány csillagképben.[26][27]
  • GRB 170817A – Gamma-kitörés, az első, amely által keltett gravitációs hullámokat sikerült megfigyelni.[28][29][30]
  • A Jénai Egyetem Asztrofizikai Intézetének két csillagásza szerint i. sz. 774-ben vagy 775-ben két kompakt csillagmaradvány (fekete lyuk, neutroncsillag vagy fehér törpe) összeütközése nyomán gamma-kitörés keletkezett. Az összeütközés mintegy 3000-12 000 fényév távolságban következhetett be (közelebb nem, mert az a földi élővilág egy részének kihalásával járt volna). A tudományos feltételezést szén-14 és berillium-10 izotópokban feldúsult fatörzsek vizsgálatára alapozzák, aminek nincsen más, észszerű magyarázata. Korábban felmerült, hogy az észlelt hatást szupernóva vagy heves napkitörés váltotta ki, ezeket azonban elvetették, mert egyrészt nem találtak szupernóva-maradványokat ebben a távolságban, másrészt a napkitörés nem lett volna annyira erős. A sugárzás mindössze két percig tartott. A kutatók még keresik az összeütközés eredményeként létrejött égi objektumot (amit nem vesz körül a szupernóvára jellemző gáz- vagy porfelhő). A kutatók a hasonló erejű események gyakoriságának meghatározásán is dolgoznak. Az utóbbi 3000 évben ez volt az egyetlen ilyen erősségű kitörés.[31][32]
  • A GRB 990123 gamma-kitörés optikai utófénylése 1999. január 23-án
    A GRB 990123 gamma-kitörés optikai utófénylése 1999. január 23-án
  • A GRB 041227 fényesség-diagramja különböző hullámhosszakon a RHESSI műhold megfigyelése alapján
    A GRB 041227 fényesség-diagramja különböző hullámhosszakon a RHESSI műhold megfigyelése alapján
  • A GRB 050509B gamma-kitörés Spitzer űrtávcsővel készült képe
    A GRB 050509B gamma-kitörés Spitzer űrtávcsővel készült képe
  • A GRB 050904 halványuló utófénylése infravörös tartományban. A SOAR 4,1 méteres teleszkóppal készült felvételek
    A GRB 050904 halványuló utófénylése infravörös tartományban. A SOAR 4,1 méteres teleszkóppal készült felvételek
  • A GRB 080319B intenzív utófénylése a Swift műhold röntgen- (balra) és ultraibolya/látható fény (jobbra) tartományában készült felvételén
    A GRB 080319B intenzív utófénylése a Swift műhold röntgen- (balra) és ultraibolya/látható fény (jobbra) tartományában készült felvételén

Kapcsolódó szócikkek

Jegyzetek

  1. ↑ Kovács, József: A gammakitörések és anyagalaxisaik kapcsolata. Hírek.csillagászat.hu, 2008. október 24. [2008. október 29-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2008. október 29.)
  2. ↑ Klebesadel, R. et al.: Observations of Gamma-Ray Bursts of Cosmic Origin, 1973, Astrophysical Journal 182: L85.
  3. ↑ Meegan, C.A., et al.: Spatial distribution of gamma-ray bursts observed by BATSE, 1992, Nature 355: 143.
  4. ↑ Lamb, D. Q.: The Distance Scale to Gamma-Ray Bursts, 1995, Publications of the Astronomical Society of the Pacific 107: 1152.
  5. ↑ Paczynski, B.: How Far Away Are Gamma-Ray Bursters?. 1995, Publications of the Astronomical Society of the Pacific 107: 1167.
  6. ↑ Kouveliotou, C. et al.: Identification of two classes of gamma-ray bursts, 1993, Astrophysical Journal 413: L101.
  7. ↑ Mukherjee, S., et al. (1998). „Three Types of Gamma-Ray Bursts”. Astrophysical Journal 508, 314. o. DOI:10.1086/306386.  
  8. ↑ Horvath, I. (1998). „A Third Class of Gamma-Ray Bursts?”. Astrophysical Journal 508, 757. o. DOI:10.1086/306416.  
  9. ↑ Hakkila, J., et al. (2003). „How Sample Completeness Affects Gamma-Ray Burst Classification”. Astrophysical Journal 582, 320. o. DOI:10.1086/344568.  
  10. ↑ Horvath, I., et al. (2006). „A new definition of the intermediate group of gamma-ray bursts”. Astronomy and Astrophysics 447, 23. o. DOI:10.1051/0004-6361:20041129.  
  11. ↑ Fishman, C. J. and Meegan, C. A.: Gamma-Ray Bursts, 1995, Annual Review of Astronomy and Astrophysics 33: 415-458.
  12. ↑ van Paradijs, J., et al.: Transient optical emission from the error box of the gamma-ray burst of 28 February 1997, 1997, Nature 386: 686.
  13. ↑ Nem minden kutató fogadta el kezdetben ezt a társítást, a galaxisnak a pontos vöröseltolódását még évekig nem határozták meg. Bár a következő jól lokalizált kitörésnek (GRB 970508) a vöröseltolódása 0,835, távolsága 7 milliárd fényév, messze a Tejútrendszeren kívül.
  14. ↑ Frontera, F. and Piro, L.: Proceedings of Gamma-Ray Bursts in the Afterglow Era Archiválva 2006. augusztus 8-i dátummal a Wayback Machine-ben, 1998, Astronomy and Astrophysics Supplement Series.
  15. ↑ Dénes, Helga: A SuperAGILE által észlelt első gammakitörés. Űrvilág.hu, 2008. június 1. (Hozzáférés: 2008. június 1.)
  16. ↑ http://firefly.gsfc.nasa.gov/ Archiválva 2010. február 2-i dátummal a Wayback Machine-ben Firefly satellite 2010-01-30
  17. ↑ Molnár, Péter: Miről árulkodik a gammavillanások polarizációja?. Hírek.csillagászat.hu, 2009. április 23. [2009. április 25-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2009. április 23.)
  18. ↑ Kovács József, Hírek.csillagászat.hu: Villanás a semmiből. [2007. december 22-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2007. december 21.)
  19. ↑ Szabad szemmel is látszó gamma-kitörés hét és fél milliárd fényév távolságból! Archiválva 2008. június 12-i dátummal a Wayback Machine-ben – Hírek.csillagászat.hu Archiválva 2010. február 8-i dátummal a Wayback Machine-ben; Molnár Péter, 2008. március 22.
  20. ↑ Lefényképezte a Hubble a rekorder gamma-kitörés halványodó forrását Archiválva 2008. december 8-i dátummal a Wayback Machine-ben – Hírek.csillagászat.hu Archiválva 2010. február 8-i dátummal a Wayback Machine-ben; Derekas Aliz, 2008. április 12.
  21. ↑ Kereszturi, Ákos: Új adatok az Univerzum eddig észlelt legfényesebb robbanásáról. Hírek.csillagászat.hu, 2008. szeptember 11. (Hozzáférés: 2008. szeptember 12.)
  22. ↑ Frey, Sándor: Gammavillanás a „világ végéről”. Űrvilág.hu, 2008. szeptember 13. (Hozzáférés: 2008. szeptember 21.)
  23. ↑ Frey, Sándor: Távolsági rekorder gammakitörés. Űrvilág.hu, 2009. április 28. (Hozzáférés: 2009. április 29.)
  24. ↑ Kereszturi, Ákos: Minden korábbinál távolabbi robbanást észleltek csillagászok. [Origo] Világűr, 2009. április 28. (Hozzáférés: 2009. április 29.)
  25. ↑ Archivált másolat. [2010. február 1-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2009. április 29.)
  26. ↑ Smith, Stephen: Down the Barrel, 2011. április 11. (Hozzáférés: 2011. április 22.)
  27. ↑ GRB 110328A: Chandra Observes Extraordinary Event. Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. (Hozzáférés: 2011. április 21.)
  28. ↑ Kienlin, Andreas von: GCN Circular; Number: 21520; GRB 170817A: Fermi GBM detection; 2017/08/17 20:00:07 GMT. Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, 2017. augusztus 17. (Hozzáférés: 2017. augusztus 28.)
  29. ↑ Casttelvecchi, Davide (2017. augusztus 25.). „Rumours swell over new kind of gravitational-wave sighting”. Nature. DOI:10.1038/nature.2017.22482. (Hozzáférés: 2017. augusztus 27.)  
  30. ↑ Drake, Nadia: Strange Stars Caught Wrinkling Spacetime? Get the Facts.. National Geographic, 2017. augusztus 25. (Hozzáférés: 2017. augusztus 27.)
  31. ↑ Did an 8th Century Gamma Ray Burst Irradiate Earth? 2013-01-21
  32. ↑ V. V. Hambaryan, R. Neuhaeuser. A Galactic short gamma-ray burst as cause for the 14C peak in AD 774/5. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2013, http://xxx.lanl.gov/abs/1211.2584

További információk

Commons:Category:Gamma ray bursts
A Wikimédia Commons tartalmaz Gamma-kitörés témájú médiaállományokat.

Magyar oldalak

Külföldi oldalak